公路工程路面路基工程中軟土地基和特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

施華金

云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 云南昆明 650000

1 工程概況

某公路工程路線全長(zhǎng)32.746km，于K1+087.3 處設(shè)一座分離式立交橋，于K11+645 處設(shè)中牟服務(wù)區(qū)，于云南某縣K19+306.5 處與省道相交部位設(shè)互通立交（K18+823.095），于K24+746 處跨越河流，于K31+880處跨過干渠，最終到達(dá)項(xiàng)目終點(diǎn)。

2 公路建設(shè)項(xiàng)目中軟基路段的特點(diǎn)

2.1 含水成分系數(shù)高

軟土地基作為路面作業(yè)中的基礎(chǔ)保障環(huán)節(jié)，在實(shí)際的處理過程中技術(shù)人員要因地制宜給出解決方案，其中對(duì)含水量的控制較為關(guān)鍵。介于自身地下水發(fā)達(dá)的特征，軟土地基需要借助科學(xué)、合理的加固方式來提升地基的承載力，故將其的土層實(shí)際含水量控制在規(guī)定范圍值內(nèi)極其關(guān)鍵。

2.2 抗剪強(qiáng)度較低

上述中提到軟土地基的含水量系數(shù)較高的特征，這也會(huì)直接影響到整個(gè)施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)土體的抗剪力強(qiáng)度，同時(shí)，受軟基自身土層結(jié)構(gòu)排水性能較弱因素的制約，加之存在于土體內(nèi)部的摩擦角阻礙地下水有效排出的影響，在荷載不穩(wěn)定的狀態(tài)下，軟基地段的抗剪強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)較為明顯的強(qiáng)弱調(diào)替的結(jié)果。

2.3 土壤強(qiáng)度不高

介于軟基滲透性弱、壓縮性強(qiáng)等缺點(diǎn)，在實(shí)際的地基作業(yè)中，整個(gè)軟弱地基范圍內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)作的強(qiáng)弱程度發(fā)生不同的沉降和損壞現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的活土流動(dòng)結(jié)果也會(huì)直接影響到施工作業(yè)中的安全性，故為降低該現(xiàn)象發(fā)生的概率，技術(shù)人員需在施工前將軟基范圍內(nèi)的土壤滲透系數(shù)控制在規(guī)定范圍值10-8～10-6cm/ s 以內(nèi)，由此為后續(xù)路面工程的繼續(xù)開展提供支撐和保障。

3 公路工程路基、路面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

初步設(shè)計(jì)全線為山嶺重丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道，路基寬度25.5m，設(shè)計(jì)行車速度100km/ h。為了提高高速公路的通行服務(wù)能力，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況以及現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范優(yōu)化路基寬度，即由原本的25.5m 增加至26.5m，簡(jiǎn)易雙向六車道，中央分隔帶采用寬度為0.57m的新澤西護(hù)欄，路基兩側(cè)不設(shè)緊急停車島，設(shè)寬度為1.5m 的護(hù)坡道。主線橋梁為整體橫斷面形式，該處中央分隔帶與路基分隔帶的寬度保持一致。

3.2 路基填土高度

結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特性會(huì)影響路基填土高度，為此深入現(xiàn)場(chǎng)、詳細(xì)調(diào)查，明確各結(jié)構(gòu)物處被交道路的實(shí)際情況，包含角度、高度、寬度等，同時(shí)準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)周邊的地質(zhì)、地形、排水等方面的情況[1]?；诂F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果靈活調(diào)整路線縱坡，降低路基填土高度，保證該值的合理性。

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)物的布設(shè)方式，例如跨徑、角度、凈空，保證各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的合理性；對(duì)于路線縱坡較大的通道，則充分到周邊路網(wǎng)的規(guī)劃情況，盡可能采取合并措施，不具備合并條件時(shí)適當(dāng)改移。若為斜交角度較大的通道，條件允許時(shí)適度改村路，以保證交角的合理性。

（2）由于沿線通道數(shù)量較多而明顯加大路線縱坡設(shè)計(jì)難度時(shí)，需要在現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查，嚴(yán)格核查各建筑物的控制標(biāo)高，確保該值不存在誤差，且不留過多的富余。

（3）部分路段易于排水時(shí)，在主線上跨結(jié)構(gòu)物處適當(dāng)下挖被交叉道路，采取此方法的目的在于減小路基填土高度（以免出現(xiàn)通道積水問題）。

（4）項(xiàng)目建設(shè)集中分布在山嶺重丘區(qū)，沿線含較多的沙崗，為了順利推進(jìn)公路路基路面施工進(jìn)程，將沙崗?fù)谥猎孛?，然后逐層向上填筑施工，?jīng)過對(duì)原沙崗的開挖處理后，盡可能使其與周邊地形齊平，此方式的優(yōu)勢(shì)在于便于施工，同時(shí)適度減小路基的高度。

3.3 路面結(jié)構(gòu)

本公路分為1 號(hào)段和2 號(hào)段，針對(duì)兩部分做相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，1 號(hào)段初步設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)為：4cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+8cm 粗粒式瀝青混凝土+ 改性乳化瀝青下封層+36cm 水泥穩(wěn)定碎石基層+18cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層；2 號(hào)段路面結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案為：4cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+8cm 粗粒式瀝青混凝土+ 同步瀝青碎石封層+36cm 水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm 5%水泥穩(wěn)定碎石底基層。隨著項(xiàng)目的發(fā)展，項(xiàng)目由新公司接管，專業(yè)人員針對(duì)前述提及的初步設(shè)計(jì)方案展開可行性分析，基于分析結(jié)果采取優(yōu)化措施，認(rèn)為兩段沿線在地質(zhì)條件、地形、車流量幾方面具有高度的趨同性，因此為了便于工程建設(shè)以及后續(xù)的運(yùn)維管理，采用統(tǒng)一的路面結(jié)構(gòu)。經(jīng)過優(yōu)化后，確定如下方案：4cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土（上面層）+6cm 中粒式瀝青混凝土（中面層）+10cm 瀝青穩(wěn)定碎石（下面層）+0.8cm 改性乳化瀝青稀漿封層+36cm 水泥穩(wěn)定碎石基層+18cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層。

（1）下面層采用10cm 瀝青穩(wěn)定碎石，具有突出的抗裂性能，相比于原設(shè)計(jì)方案中的8cm 瀝青穩(wěn)定碎石下面層，厚度得到改進(jìn)（做了增厚處理），更有利于抵抗行車荷載等外部因素的作用。

（2）不再采用半剛性路面結(jié)構(gòu)，取而代之的是柔性路面，施工材料選用瀝青穩(wěn)定碎石，其力學(xué)性能突出。

（3）不再采取分段設(shè)計(jì)的方案，而是確定一套適用于沿線各段實(shí)際施工條件的方案，便于高效施工，也降低了后續(xù)的運(yùn)營(yíng)管理難度。

4 路基防護(hù)及排水的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 路基邊坡防護(hù)

考慮沿線地勢(shì)、地質(zhì)、氣候（以降雨量較為關(guān)鍵）等條件，組織路基邊坡防護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，確保路基設(shè)計(jì)方案兼顧路基穩(wěn)定性和周邊生態(tài)環(huán)境完整性的雙重要求[2]。

（1）原設(shè)計(jì)方案中，路堤邊坡均用黏土包邊，厚度控制在0.8cm，但從沿線地質(zhì)條件來看，以粉砂土居多，此類土質(zhì)與黏土在最佳含水量方面有顯著的差異，不利于正常施工，可能會(huì)由于性質(zhì)的差異而加大施工控制難度，從而出現(xiàn)質(zhì)量問題。為此，取消了黏土包邊的方法。

（2）填方邊坡高度≤5.0m 時(shí)，采用三維植被網(wǎng)植草的方法，其兼具防護(hù)和綠化雙重功能。部分路段填高超過5m，為保證防護(hù)效果設(shè)置拱形骨架，原設(shè)計(jì)方案中采用到現(xiàn)澆混凝土收面的方法，但其存在局限之處，即難以滿足表觀質(zhì)量要求，為此調(diào)整為預(yù)制構(gòu)件的設(shè)置方式，除了具有美觀性外，還兼具施工便捷、質(zhì)量可靠、美觀等特性。

（3）沿線以填方路堤為主，僅有少部分區(qū)域存在挖方路段，鑒于挖方深度小、距離短的特點(diǎn)，采取三維網(wǎng)植草防護(hù)的方法。

（4）對(duì)于泄水槽，原設(shè)計(jì)方案采用現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制構(gòu)件相綜合的形式，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后統(tǒng)一采用預(yù)制構(gòu)件，以便高效制作、安裝、拼接，形成流程化施工作業(yè)模式。此外，原砂礫墊層調(diào)整為厚度為5cm 的水泥砂漿。

4.2 擋土墻

綜合考慮“減少拆遷量、高效施工、降低成本”的要求，在局部路段設(shè)擋土墻，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來看，分離式立交橋北側(cè)緊鄰主線周邊有新建廠房，其與主線的距離較小，填土高度較高（主要受到分離式立交標(biāo)高的控制），主線放坡后會(huì)對(duì)廠房的日常生產(chǎn)造成影響，由此衍生出拆遷需求，但該廠房屬于新建廠房，若拆遷則存在成本高、工作量大的問題。因此，需要探尋更為可行的應(yīng)對(duì)方案。

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，決定在該路段設(shè)扶壁式輕型擋土墻，原因是現(xiàn)場(chǎng)地基的承載性能有限，該結(jié)構(gòu)具有輕便化的特點(diǎn)，能夠有效適應(yīng)實(shí)際環(huán)境。常規(guī)的扶壁式擋土墻構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工便捷，可充分發(fā)揮出材料的強(qiáng)度性能。施工現(xiàn)場(chǎng)缺乏足夠的石料時(shí)，將用一定量的水泥和鋼材替代，此時(shí)原材料用量增加，工程造價(jià)增加，影響項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。為了兼顧廠房防護(hù)和成本的雙重要求，決定采用扶壁式輕型擋土墻，作為一種更具有輕便化特性的擋土墻，其對(duì)地基的附加應(yīng)力相對(duì)較小，施工現(xiàn)場(chǎng)地基可有效承載該結(jié)構(gòu)，在此方式下不用拆遷廠房，減少了公路工程的施工量，降低了施工成本，是一種優(yōu)質(zhì)的應(yīng)對(duì)方案。

4.3 排水

項(xiàng)目地處山嶺重丘區(qū)，順勢(shì)排水條件有限，易出現(xiàn)積水問題，因此做好排水優(yōu)化設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要[3]。綜合考慮沿線的地質(zhì)條件和水文條件進(jìn)行深入優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于縱向水流無法排出的情況，加大對(duì)應(yīng)路段邊溝的尺寸，發(fā)揮出此類設(shè)施在儲(chǔ)水、滲透等方面的作用，不再使用原設(shè)計(jì)方案中的集水坑方式；雨水會(huì)對(duì)路基造成沖刷作用，若缺乏有效的防護(hù)措施，隨沖刷時(shí)間的延長(zhǎng)路基易受損，為此，在邊溝底部和外部?jī)蓚€(gè)區(qū)域設(shè)置六棱磚（空心混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)）。為達(dá)到節(jié)約占地的效果，調(diào)整邊溝外側(cè)占地界，由原本的2m 更改為1m，不再設(shè)置土質(zhì)擋水埝，而是以混凝土預(yù)制塊為基礎(chǔ)單元組成結(jié)構(gòu)體。

取消路面邊緣碎石盲溝，對(duì)于路基超高段，原方案采取的是在左側(cè)路緣帶設(shè)U 形排水溝的方式，適配合適規(guī)格的橫向排水管，由該管道將水引至邊坡的泄水槽中。在本次優(yōu)化設(shè)計(jì)中，調(diào)整為鋼筋混凝土預(yù)制縫隙式排水溝的方式，同時(shí)適配適量的硬聚氯乙烯雙壁波紋管，作為橫向排水管進(jìn)行使用，在此方式下，以更高的效率將水引至邊坡的泄水槽中，避免積水問題，保證路基路面的完整性與穩(wěn)定性。

5 公路軟基處理措施簡(jiǎn)述

5.1 施工前的準(zhǔn)備

受自身強(qiáng)度低、壓縮量高等因素的制約，軟基的土層含量通常伴有特定的有機(jī)物質(zhì)，由此帶來沉穩(wěn)不牢固等現(xiàn)象。為改善公路施工中的土層受力結(jié)構(gòu)，制定更為科學(xué)合理的軟基施工方案非常重要。技術(shù)人員要從實(shí)際出發(fā)，對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地展開專業(yè)的勘察工作，對(duì)施工場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境做到了如指掌，結(jié)合現(xiàn)有相關(guān)文件展開分析和對(duì)比，確保施工方案的完整性與可行性。

5.2 加固處理

作為天然含水量較高的一種地基形態(tài)，軟基自身具有高壓縮性強(qiáng)以及抗剪能力低等缺點(diǎn)，在具體的地基施工作業(yè)中，不利于其他關(guān)聯(lián)分項(xiàng)施工的順利開展。作為整個(gè)工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)保障，軟基部分需通過專業(yè)的加固方式來改善其自身的不足。以12m 為衡量標(biāo)準(zhǔn)，軟基的深度在超過12m 的情況下，建議采用特質(zhì)管樁托板+ 鋼塑土工格柵相結(jié)合的方式予以加固處理；低于12m 時(shí)則直接用專業(yè)的水泥攪拌設(shè)備實(shí)現(xiàn)預(yù)壓，增強(qiáng)自身的抗剪和抗壓程度。

5.3 材料的選擇與使用

作為人工合成的一種原始材料，土工合成料自身擁有的聚合物非常適合軟基施工的填筑與夯墊。故而在實(shí)際的公路項(xiàng)目中，遇軟基處理地段，技術(shù)人員會(huì)直接選用土工織物、土工膜等原始材料，用以實(shí)現(xiàn)新舊道路的完美連接，以此達(dá)到沉降范圍小、兩側(cè)不變形的終極效果。同時(shí)，加強(qiáng)軟基自身的土體承載力、抗壓力以及抗剪力也是技術(shù)人員在施工作業(yè)中需要時(shí)刻注意和處理的問題。介于土工合成材料中的格柵自身彈性較為明顯，因此可承受一定強(qiáng)度的碾壓并保持不變形，利于軟基的處理。

6 結(jié)語

針對(duì)原設(shè)計(jì)方案做出優(yōu)化設(shè)計(jì)后，顯著提升了方案的可行性，從實(shí)際應(yīng)用情況來看，可以在安全的前提下高效完成各項(xiàng)工作，具有安全、質(zhì)量、高效等多重特性，也表明該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案具有可行性，可供參考。